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(11) | EP 0 248 549 B1 |
| (12) | EUROPEAN PATENT SPECIFICATION |
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| (54) |
Gravimetry logging Gravimetrische Bohrlochmessung Mesure gravimétrique dans un puits |
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| Note: Within nine months from the publication of the mention of the grant of the European patent, any person may give notice to the European Patent Office of opposition to the European patent granted. Notice of opposition shall be filed in a written reasoned statement. It shall not be deemed to have been filed until the opposition fee has been paid. (Art. 99(1) European Patent Convention). |
F = force applied to the piezoelectric transducer,
k = empirically determined modeling constant required to accurately relate force F to vibration periods T and To,
Ak = coefficient based on temperature determined experimentally for the transducer,
To = vibration period for zero force applied to the transducer, determined experimentally and based on temperature, and
T = vibration period for the force applied to the transducer due to the acceleration of gravity as the transducer is continuously moved along the formation.
M = known mass used to load the piezoelectric crystal, and
g = acceleration due to gravity.
A change in this force caused by a change in the acceleration due to gravity is expressed as:a = acceleration to the logging tool due to movement up the borehole.
a) continuously traversing said formation with a gravity logging tool (10) having at least two piezoelectric force transducers (21, 25) mounted at spaced apart axial positions within said tool,
b) exciting said piezoelectric transducers (21, 25) to vibrate at a characteristic resonant frequency,
c) measuring the periods of vibration of said piezoelectric transducers (21, 25) as said logging tool (10) continuously traverses said formation, said periods of vibration changing in response to the force exerted on said piezoelectric transducer (21, 25) by the acceleration of gravity and acceleration due to tool motion along said formation, characterised by:
d) determining the difference in the measured periods of vibration of said piezoelectric
transducers (21, 25) compensated for temperature, and by relating force to said periods
of vibration within said formation, in accordance with the following expression:
where:
gi = gravity at a first of said pair of piezoelectric force transducers,
g2 = gravity at a second of said pair of piezoelectric force transducers,
M = mass associated with each of said transducers,
k = empirically determined modeling coefficient relating force F to vibration period, To = vibration period for zero force applied to said transducers,
T = vibration period for the force applied to said transducers due to the acceleration
of gravity as said transducers are continuously moved along the formation, and Ak and Bk = coefficient constants based on temperature determined experimentally for each of said transducers.
a) a gravity logging tool (10),
b) first and second piezoelectric transducers (21, 25) located at spaced-apart axial positions within said logging tool (10),
c) means for electrically exciting each of said first and second piezoelectric transducers to vibrate at a characteristic resonant frequency,
d) means for measuring the periods of vibration of each of said first and second piezoelectric transducers as the logging tool continuously traverses said earth formation, characterised in that,
e) first and second masses (23, 26) are affixed to said first and second piezoelectric transducers (21,
25), respectively, for loading said transducers,
f) said periods of vibration of said first and second transducers change in response to the force exerted on said transducers by the effect of the acceleration of gravity on said first and second masses as said logging tool continuously traverses said formation, and
g) means is provided for determining the difference in said measured periods of vibration
of said first and second piezoelectric transducers as a continuous measure of the
gravity gradient within said formation compensated for temperature, and for relating
force to said periods of vibration within said formation in accordance with the following
expression
where:
F = force applied to the piezoelectric transducer,
Ak = experimentally determined modelling coefficients dependent on temperature that relate F to vibration periods T and To,
To = vibration period for zero force applied to the transducer determined experimentally and based on temperature
T = vibration period for the force applied to the transducer due to the acceleration of gravity as the transducer is continuously mover through the borehole
a) said first piezoelectric (21) transducer comprises a first piezoelectric crystal (21) that is affixed at one end to said logging tool (10) and is affixed at its opposite end to said first mass (23), said first mass (23) being thereby isolated from contact with said logging tool (10) by said first piezoelectric crystal (21), and
b) said second piezoelectric transducer (25) comprises a second piezoelectric crystal (25) that is affixed at one end to said logging tool and is affixed at its opposite end to said second mass (26), said second mass (26) being thereby isolated from contact with said logging tool (10) by said second piezoelectric crystal (25).
a) said first piezoelectric transducer (21) comprises first and second piezoelectric crystals (30, 31) oriented vertically within said logging tool (10) at spaced-apart positions along the axis of said logging tool (10),
b) said first piezoelectric crystal (30) is affixed at its upper end to said logging tool (10),
c) said second piezoelectric crystal (31) is affixed at its lower end to said logging tool (10),
d) said first mass (32) is affixed between the lower end of said first piezoelectric crystal (30) and the upper end of said second piezoelectric crystal (31), whereby one of said first and second piezoelectric crystals (30, 31) is in a state of compression, while the other of said first and second piezoelectric crystals (30, 31) is simultaneously in a state of tension,
e) said second piezoelectric transducer (25) comprises third and fourth piezoelectric crystals (40, 41) oriented vertically within said logging tool (10) at spaced-apart positions along the axis of said logging tool (10),
f) said third piezoelectric crystal (40) is affixed at its upper end to said logging tool (10),
g) said fourth piezoelectric crystal (41) is affixed at its lower end to said logging tool (10), and
h) said second mass (42) is affixed between the lower end of said third piezoelectric crystal (40) and the upper end of said fourth piezoelectric crystal (41), whereby one of said third and fourth piezoelectric crystals (40, 41) is in a state of compression, while the other of said third and fourth piezoelectric crystals (40, 41) is simultaneously in a state of tension.
a) faire traverser en continu ladite formation par un outil de mesure de gravité (10) renfermant au moins deux transducteurs de force piézoélectriques (21, 25) montés dans des positions axiales séparées l'une de l'autre à l'intérieur dudit outil;
b) exciter lesdits transducteurs piézoélectriques (21, 25) pour qu'ils vibrent à une fréquence de résonnance caractéristique;
c) mesurer les périodes de vibration desdits transducteurs piézoélectriques (21, 25)
lorsque ledit outil de mesure (10) traverse en continu ladite formation, lesdites
périodes de vibration changeant en fonction de la force exercée sur lesdits transducteurs
piézoélectriques (21, 25) par l'accélération de la pesanteur et l'accélération due
aux mouvements de l'outil le long de ladite formation,
caractérisé par l'étape consistant à:
d) déterminer la différence dans les périodes mesurées de vibration desdits transducteurs
piézoélectriques (21, 25) compensées des variations de température et à corréler la
force auxdites périodes de vibration au sein de ladite formation conformément à l'expression
suivante:
dans laquelle:
gi = gravité au niveau d'un premier transducteur de ladite paire de transducteurs piézoélectriques;
g2 = gravité au niveau d'un second transducteur de ladite paire de transducteurs piézoélectriques;
M = masse associée à chacun desdits transducteurs;
k = coefficient de modélisation déterminé empiriquement et reliant la force F à la période de vibration;
To = période de vibration pour une force nulle appliquée sur lesdits transducteurs,
T = période de vibration pour la force appliquée auxdits transducteurs due à l'accélération de la pesanteur lorsque lesdits transducteurs se déplacent continuellement le long de la formation, et
Ak et Bk = coefficients constants basés sur la température et déterminés expérimentalement pour chacun desdits transducteurs.
a) un outil (10) de mesure de gravité;
b) un premier et un second transducteurs piézoélectriques (21, 25) disposés dans des positions axiales espacées l'une de l'autre à l'intérieur dudit outil de mesure (10),
c) des moyens pour exciter électriquement chacun desdits premier et second transducteurs piézoélectriques pour les faire vibrer à une fréquence de résonnance caractéristique;
d) des moyens pour mesurer des périodes de vibration de chacun desdits premier et
second transducteurs piézoélectriques lorsque l'outil de mesure traverse en continu
ladite formation géologique,
caractérisé en ce que:
e) une première et une seconde masses (23, 26) sont fixées respectivement audit premier et audit second transducteurs piézoélectriques (21, 25) pour charger lesdits transducteurs;
f) lesdites périodes de vibration desdits premier et second transducteurs varient en fonction de la force exercée sur lesdits transducteurs par l'effet de l'accélération de la pesanteur sur lesdites première et seconde masses lorsque ledit outil de mesure traverse, en continu, ladite formation; et en ce que
g) des moyens sont prévus pour déterminer la différence entre lesdites périodes de
vibration mesurées dudit premier et dudit second transducteurs piézoélectriques sous
la forme d'une mesure en continu du gradient de gravité au sein de ladite formation,
compensée des variations de température, et pour corréler ladite force auxdites périodes
de vibration au sein de ladite formation conformément à l'expression suivante:
dans laquelle:
F = force appliquée sur le transducteur piézoélectrique,
Ak = coefficients de modélisation déterminés expérimentalement et dépendant de la température, qui relient la force F aux périodes de vibration T et To,
To = période de vibration pour une force nulle appliquée sur le transducteur, déterminée expérimentalement et basée sur la température; et
T = période de vibration pour la force appliquée sur le transducteur du fait de l'accélération de la pesanteur lorsque le transducteur se déplace en continu à travers le trou de forage.
a) ledit premier transducteur piézoélectrique (21) comprend un premier cristal piézoélectrique (21) qui est fixé par une extrémité audit outil de mesure (10) et qui est fixé par son extrémité opposée à ladite première masse (23), ladite première masse (23) étant ainsi séparée dudit outil de forage (10) par ledit premier cristal piézoélectrique (21); et
b) ledit second transducteur piézoélectrique (25) comprend un second cristal piézoélectrique (25) qui est fixé par une de ses extrémités audit outil de forage (10) qui est fixé par son extrémité opposée à ladite seconde masse (26), ladite seconde masse (26) étant ainsi séparée dudit outil de mesure (10) par ledit second cristal piézoélectrique (25).
a) ledit premier transducteur piézoélectrique (21) comprend un premier et un second cristal piézoélectrique (30, 31) orientés verticalement au sein dudit outil de mesure (10) en des endroits espacés l'un de l'autre le long de l'axe dudit outil de mesure (10);
b) ledit premier cristal piézoélectrique (30) est fixé par son extrémité supérieure audit outil de mesure (10);
c) ledit second cristal piézoélectrique (31) est fixé par son extrémité inférieure audit outil de mesure (10);
d) ladite première masse (32) est fixée entre l'extrémité inférieure dudit premier cristal piézoélectrique (30) et l'extrémité supérieure dudit second cristal piézoélectrique (31), l'un desdits premier et second cristaux piézoélectriques (30, 31) étant ainsi en étant de compression lorsque l'autre desdits premier et second cristaux piézoélectriques (30, 31) est simultanément en état de tension;
e) ledit second transducteur piézoélectrique (25) comprend un troisième cristal et un quatrième cristal piézoélectriques (40, 41), orientés verticalement au sein dudit outil de mesure (10) en des positions espacées l'une de l'autre le long de l'axe dudit outil de mesure (10);
f) ledit troisième cristal piézoélectrique (40) est fixé par son extrémité supérieure audit outil de mesure (10);
g) ledit quatrième cristal piézoélectrique (41) est fixé par son extrémité inférieure audit outil de mesure (10); et
h) ladite masse (42) est fixée entre l'extrémité inférieure audit troisième cristal piézoélectrique (40) et l'extrémité supérieure dudit quatrième cristal piézoélectrique (41), l'un desdits troisième et quatrième cristaux étant ainsi en état de compression lorsque l'autre desdits troisième et quatrième cristaux piézoélectriques (40, 41) est simultanément en état de tension.
a) kontinuierliche Durchquerung der Formation mit einem Gravitations-Bohrlochmeßinstrument (10), das mindestens zwei piezoelektrische Kraftaufnehmer (21, 25) aufweist, die in räumlich voneinander getrennten axialen Positionen innerhalb des Instruments befestigt sind,
b) Anregung der piezoelektrischen Aufnehmer (21, 25), so daß sie mit einer charakteristischen Resonanzfrequenz schwingen,
c) Messen der Schwingungsperioden der piezoelektrischen Aufnehmer (21, 25), wenn das Bohrlochmeßinstrument (10) die Formation kontinuierlich durchquert, wobei sich die Schwingungsperioden als Folge der Kraft ändern, die durch den Anstieg der Gravitation und die Beschleunigung aufgrund der Instrumentbewegung entlang der Formation auf den piezoelektrischen Aufnehmer (21, 25) ausgeübt wird, gekennzeichnet durch
d) Bestimmung des Unterschieds der gemessenen Schwingungsperioden der piezoelektrischen
Aufnehmer (21, 25), wobei die Temperatur kompensiert wurde, und indem die Kraft mit
den Schwingungsperioden innerhalb der Formation entsprechend der folgenden Gleichung
in Zusammenhang gebracht wird:
worin:
g1 = Gravitation am ersten piezoelektrischen Kraftaufnehmer dieses Paares
g2 = Gravitation am zweiten piezoelektrischen Kraftaufnehmer dieses Paares
M = Masse, die zu jedem Aufnehmer gehört
k = empirisch bestimmter Modellkoeffizient, der die Kraft F mit der Schwingungsperiode in Zusammenhang setzt
To = Schwingungsperiode, wenn auf die Aufnehmer keine Kraft ausgeübt wird
T = Schwingungsperiode für die Kraft, die aufgrund des Anstiegs der Gravitation auf die Aufnehmer ausgeübt wird, wenn die Aufnehmer kontinuierlich entlang der Formation bewegt werden, und
Ak und Bk = Koeffizientkonstanten, die auf der Temperatur basieren, die experimentell für jeden der Aufnehmer bestimmt wurde.
a) ein Gravitations-Bohrlochmeßinstrument (10),
b) erste und zweite piezoelektrische Aufnehmer (21, 25), die in räumlich getrennten axialen Positionen innerhalb des Bohrlochmeßinstruments (10) angeordnet sind,
c) eine Einrichtung zur elektrischen Anregung jedes der ersten und zweiten piezoelektrischen Aufnehmer, so daß sie mit einer charakterisitschen Resonanzfrequenz schwingen,
d) eine Einrichtung zur Messung der Schwingungsperioden jedes ersten und zweiten piezoelektrischen Aufnehmers, wenn das Bohrlochmeßinstrument die Erdformation kontinuierlich durchquert, dadurch gekennzeichnet, daß
e) eine erste und eine zweite Masse (23, 26) mit dem ersten bzw. zweiten piezoelektrischen Aufnehmer (21, 25) verbunden sind, um diese Aufnehmer zu belasten,
f) sich die Schwingungsperioden des ersten und zweiten Aufnehmers als Folge der Kraft ändern, die durch die Beschleunigungswirkung der Gravitation auf die erste und zweite Masse auf die Aufnehmer ausgeübt wird, wenn das Bohrlochmeßinstrument die Formation kontinuierlich durchquert, und
g) eine Einrichtung vorgesehen ist, um den Unterschied der gemessenen Schwingungsperioden
des ersten und zweiten piezoelektrischen Aufnehmers als kontinuierliche Maßnahme des
Gravitationsgradienten innerhalb der Formation zu bestimmen, wobei die Temperatur
kompensiert wurde, und um die Kraft mit den Schwingungsperioden in der Formation entsprechend
der folgenden Gleichung in Zusammenhang zu setzen:
worin:
F = die auf den piezoelektrischen Aufnehmer ausgeübte Kraft,
Ak = experimentell bestimmte Modellkoeffizienten, in Abhängigkeit von der Temperatur, die F mit den Schwingungsperioden T und To in Zusammenhang bringen
To = Schwingungsperiode, wenn auf den Aufnehmer keine Kraft ausgeübt wird, experimentell bestimmt und auf die Temperatur bezogen und
T = Schwingungsperiode für die Kraft, die durch den Anstieg der Gravitation auf den Aufnehmer ausgeübt wird, wenn der Aufnehmer kontinuierlich durch das Bohrloch bewegt wird.
a) der erste piezoelektrische Aufnehmer (21) einen ersten piezoelektrischen Kristall (21) umfaßt, der an einem Ende an das Bohrlochmeßinstrument (10) und am entgegengesetzten Ende an die erste Masse (23) angebracht ist, wodurch die erste Masse (23) durch den ersten piezoelektrischen Kristall (21) vor einem Kontakt mit dem Bohrlochmeßinstrument (10) isoliert ist, und
b) der zweite piezoelektrische Aufnehmer (25) einen zweiten piezoelektrischen Kristall (25) umfaßt, der an einem Ende an das Bohrlochmeßinstrument und am entgegengesetzten Ende an die zweite Masse (26) angebracht ist, wodurch die zweite Masse (26) durch diesen zweiten piezoelektrischen Kristall (25) vor einem Kontakt mit dem Bohrlochmeßinstrument (10) isoliert ist.
a) der erste piezoelektrische Aufnehmer (21) einen ersten und einen zweiten piezoelektrischen Kristall (30, 31) umfaßt, die senkrecht innerhalb des Bohrlochmeßinstruments (10) in räumlich getrennten Positionen entlang der Achse des Bohrlochmeßinstruments (10) orientiert sind,
b) der erste piezoelektrische Kristall (30) an seinem oberen Ende an das Bohrlochmeßinstrument (10) angebracht ist,
c) der zweite piezoelektsiche Kristall (31) an seinem unteren Ende an das Bohrlochmeßinstrument (10) angebracht ist,
d) die erste Masse (32) zwischen dem unteren Ende des ersten piezoelektrischen Kristalls und dem oberen Ende des zweiten piezoelektrischen Kristalls (31) befestigt ist, wodurch einer der ersten und zweiten piezoelektrischen Kristalle (30, 31) in einem Zustand der Kompression ist, wohingegen der andere der ersten und zweiten piezoelektrischen Kristalle (30, 31) gleichzeitig in einem Zustand der Spannung ist,
e) der zweite piezoelektrische Aufnehmer (25) einen dritten und einen vierten piezoelekrtischen Kristall (40m, 41) umfaßt, die vertikal innerhalb des Bohrlochmeßinstruments (10) in räumlich getrennten Positionen entlang der Achse des Bohrlochmeßinstruments (10) orientiert sind,
f) der dritte piezoelektrische Kristall (40) an seinem oberen Ende an das Bohrlochmeßinstrument (10) angebracht ist,
g) der vierte piezoelektrische Kristall (41) an seinem unteren Ende an das Bohrlochmeßinstrument (10) angebracht ist und
h) die zweite Masse (42) zwischen dem unteren Ende des dritten piezoelektrischen Kristalls (40) und dem oberen Ende des vierten piezoelektrischen Kristalls (41) befestigt ist, wodurch einer der dritten und vierten piezoelektrischen Kristalle (40, 41) im Zustand der Kompression ist, wohingegen der andere der dritten und vierten piezoelektrischen Kristalle (40, 41) gleichzeitig im Zustand einer Spannung ist.